(57)【要約】【課題】多値でサンプリングされた波形情報を波形メモリに記憶せずに、コギングトルクや負荷の周期的変動を効果的に低減することができる印刷制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】補正信号の１周期内における補正信号のパルスの開始位相とパルスの終了位相とを設定する補正区間設定手段と、上記検出されたモータの回転角度に比例して、補正信号の１周期内での位相を生成し、かつ上記設定されている補正信号の周期毎に、位相を原点に戻す補正信号位相生成手段と、上記生成された補正信号１周期内での位相が、上記設定された補正区間内であれば、上記補正区間に対応して上記設定されている振幅のパルス波形である補正信号を生成する補正信号生成手段と、上記生成された補正信号によって、モータ駆動指令信号を補正する補正手段とを有する印刷制御装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転角度を検出する回転角度検出手段と；
周期的な補正信号を１周期分発生させるためのモータの回転角度を設定する回転角度設定手段と；
補正信号のパルス振幅を設定する補正信号振幅設定手段と；
補正信号の１周期内における補正信号のパルスの開始位相とパルスの終了位相とを設定する補正区間設定手段と；
上記検出されたモータの回転角度に比例して、補正信号の１周期内での位相を生成し、かつ上記設定されている補正信号の周期毎に、位相を原点に戻す補正信号位相生成手段と；
上記生成された補正信号の１周期内での位相が、上記設定された補正区間内であれば、上記補正区間に対応して上記設定されている振幅のパルス波形である補正信号を生成する補正信号生成手段と；
上記生成された補正信号によって、モータ駆動指令信号を補正する補正手段と；
を有することを特徴とする印刷制御装置。
【請求項２】
請求項１であって、
上記回転角度検出手段は、モータの回転に連動して直線運動する移動体の直線上の位置を検出する直線位置検出手段と、上記検出された直線位置とモータの回転角度の対応関係に基づいて、直線位置を回転角度に変換する位置角度変換手段とを有し、
補正信号の生成を開始すべき直線位置を設定する補正開始位置設定手段が設けられ、
上記補正信号生成手段は、当初補正信号としてゼロを出力し、上記移動体の上記検出された直線位置が、上記設定された補正開始位置に到達すると、上記補正信号生成手段は、補正信号の生成を開始して有効な補正信号を出力し、かつ上記補正信号位相生成手段は、生成する補正信号位相を原点に設定することを特徴とする印刷制御装置。
【請求項３】
請求項１であって、
上記補正信号振幅設定手段と上記補正区間設定手段と上記補正信号位相生成手段と上記補正信号生成手段とは、複数組、設けられており、上記補正手段は、上記複数組の補正信号生成手段から出力される補正信号を合成した補正信号によって、モータ駆動指令信号を補正する補正手段であることを特徴とする印刷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷制御装置に係り、特に、移動体を駆動するモータの出力トルク変動や周期的な外乱によって生ずる移動体の速度変動の補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷装置は、印刷ヘッドを搭載したキャリッジを、印刷解像度相当距離を移動する毎に、上記印刷ヘッドからインク滴を吐出することによって印刷する。このときに、キャリッジ移動速度が変動すると、インク滴が規定位置に着弾せずに、画像ムラが生じる。
【０００３】
本願の発明者らの経験によれば、上記移動速度の変動要因として、キャリッジを駆動するモータ自身のコギングトルクと、駆動ベルトとプーリとの噛み合いによる影響が支配的である。上記コギングは、モータ回転に伴って、鉄心と磁石との位置関係が変化することによって発生するトルク変動である。特に、ブラシレスＤＣモータは、寿命の観点からキャリッジ駆動に用いられることが多い一方で、スイッチングに伴うコギングトルクが大きく、かつ波形ひずみが大きいので、高調波成分が発生しやすい。したがって、ブラシレスＤＣモータを使用する場合、その機構設計において、トルク変動の影響を受けにくくする特別の配慮が必要である。
【０００４】
従来、モータのコギングトルクや負荷の周期的変動を、フィードフォワード制御によって、積極的に補正している。たとえば、モータ１回転内のトルク変動を、１周期分、予め計測し、サンプリングして補正信号を作成し、メモリに格納し、この格納されている補正信号によって、モータ回転角度に関連して、電流指令値を補正している。
【０００５】
効果的に補正するためには、補正信号のサンプリング間隔が細かいほど好ましいが、メモリ使用量が増大する。特に、周期の異なる複数の変動成分を補正しようとすれば、サンプリング間隔を、最も短い周期の補正信号に合わせなければならず、サンプリング数は、最も長い周期の補正信号に合わせなければならないので、結果的に大量のメモリを必要とする。
【０００６】
また、補正信号を記憶するための記憶エリアを、変動周期毎に設けることによって、メモリ容量を低減する発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この従来例は、負荷トルク変動の周期に合わせて、モータの１回転当たりの回転領域を、複数の領域に分割し、モータが各領域を通過する毎に、異なる周期で、モータの回転速度を補正する。これによって、周期の異なる補正信号であっても、メモリ使用量を減少させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−０３８１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
補正信号生成手段として、マイクロプロセッサを使用したソフトウェアによる手段と、専用ハードウェアによる手段とが考えられる。モータ回転速度が速く変動周期が短い場合、演算負荷と補正分解能とを考慮し、ソフトウェアよりもハードウェアによる補正が好ましい。
【０００９】
上記従来例では、いずれも、補正信号として、多値でサンプリングされた波形情報を用いるので、波形メモリが必要である。ハードウェアによる補正では、専用のメモリを制御回路に付加する構成が一般的であるが、追加のコストが発生するという問題がある。
【００１０】
一方、マイクロプロセッサのプログラム実行用のメモリを、波形メモリとして兼用すれば、追加コストが発生しないが、このための付加的ハードウェアが複雑化し、タイミング制約が厳しい等の問題がある。したがって、リソース消費の少ないハードウェアによる補正手段の実現が望まれている。
【００１１】
本発明は、多値でサンプリングされた波形情報を波形メモリに記憶せずに、コギングトルクや負荷の周期的変動を効果的に低減することができる印刷制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、多値でサンプリングされた波形情報を使用する代わりに、周期と振幅と開始位相と終了位相とで表現されるパルス波の重ね合わせを利用する印刷制御装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、周期と振幅と開始位相と終了位相とに基づいて、補正波形を生成するので、多値でサンプリングされた波形情報を波形メモリに記憶せずに、コギングトルクや負荷の周期的変動を効果的に低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１である印刷制御装置１００を示すブロック図である。
【図２】印刷制御装置１００の動作を説明する図である。
【図３】コギングトルクの波形を説明する図である。
【図４】本発明で使用するモータの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明を実施するための形態は、次の実施例である。
【実施例１】
【００１６】
図４は、本発明で使用する２極３相ブラシレスＤＣモータである。このモータにおいて、回転子マグネット１１１は、中心軸と共に回転する。回転子マグネット１１１は、固定子コイル１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃと正対する表面が１８０°単位で着磁され、６０°回転する毎に、ホールセンサ１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃに正対する磁極が切り替わる。したがって、ホールセンサ出力の極性も、６０°毎に順次切り替わる。モータ制御回路が上記出力に連動して、固定子コイルの通電を順次切り替えて、回転磁界を形成する。この転極の前後において、回転子と固定子コイルとの位置関係が変化し、コギングが発生する。
【００１７】
発生原理から判るように、トルク変動は、モータの回転角度に対応した繰り返し波形を形成し、この周期は、回転子極数と固定子相数との積で決定される。
【００１８】
図１は、本発明の実施例１である印刷制御装置１００を示すブロック図である。
【００１９】
印刷制御装置１００は、センサアクチュエータ部１０と、移動体位置検出部２０と、モータ制御部３０と、補正許可信号生成部４０と、複数の補正信号生成部５０とを有する。
【００２０】
複数の補正信号生成部５０で生成された複数の補正信号は、互いに加算され、モータ制御部３０に補正信号９として入力される。
【００２１】
センサアクチュエータ部１０は、ブラシレスＤＣモータ１１と、二相エンコーダセンサ１２と、原点センサ１３とを有する。
【００２２】
ブラシレスＤＣモータ１１は、モータの回転に連動して直線運動し、不図示の移動体を駆動する。
【００２３】
二相エンコーダセンサ１２は、光学式スケールを用いる。二相エンコーダセンサ１２は、不図示の移動体と機械的に結合され、移動体の一定量の移動に伴って、Ａ相パルス信号とＢ相パルス信号とを生成する。Ａ相パルス信号とＢ相パルス信号とは、互いに９０度位相がずれ、Ａ相パルス信号とＢ相パルス信号との位相の進み遅れに基づいて、進行方向を示す。したがって、これらの信号を観測することによって、移動体の移動方向と相対移動量とを知ることができる。
【００２４】
つまり、二相エンコーダセンサ１２は、直線位置検出手段と位置角度変換手段とを有する。上記直線位置検出手段は、移動体の直線上の位置を検出し、位置角度変換手段は、上記検出された直線位置とモータの回転角度の対応関係に基づいて、直線位置を回転角度に変換する。
【００２５】
原点センサ１３は、不図示の移動体の原点到達を検出する。
【００２６】
移動体位置検出部２０は、デコーダ回路２１と、位置カウンタ２２とを有する。
【００２７】
デコーダ回路２１は、Ａ・Ｂ相パルス信号が変化する度に、位置パルス信号２３と方向信号２４とを生成する。位置パルス信号２３は、位置カウンタ２２と補正信号生成部５０とに供給される。
【００２８】
位置カウンタ２２は、位置パルス信号２３のパルス数を計数するアップダウンカウンタである。方向信号２４が正方向を示していれば、アップカウントし、負方向を示していれば、ダウンカウントし、位置信号２５を出力する。さらに、位置カウンタ２２の原点を移動体の機械的な原点に一致させるために、原点センサ１３の検出出力を、位置カウンタ２２のリセット入力に接続する。原点センサ１３が原点を検出すると、位置カウンタ２２がリセットされ、位置信号２５がゼロになる。
【００２９】
モータ制御部３０は、サーボコントローラ３１と、加算部３１ａと、モータドライバ３２とを有する。
【００３０】
サーボコントローラ３１は、位置信号２５と不図示の目標位置とに基づいて、モータ駆動指令値３３を生成する。複雑な制御アルゴリズムに対応するために、マイクロプロセッサによるソフトウェアサーボを用いる。加算部３１ａは、モータ駆動指令値３３と補正信号９とを加算する。
【００３１】
モータドライバ３２は、ディジタル的な指令値を、モータの駆動パワーに変換する電気回路である。エネルギー効率の点から、パルス幅変調によるスイッチング駆動をする。
【００３２】
補正許可信号生成部４０は、補正許可状態レジスタ４１と、リセットレジスタ４２と、補正開始位置設定レジスタ４３と、コンパレータ４４とを有する。
【００３３】
補正許可状態レジスタ４１は、いわゆるセット・リセットフリップフロップで構成され、リセットレジスタ４２が設定されると、不許可状態になる。補正開始位置設定レジスタ４３の値と、位置信号２５とを、コンパレータ４４が比較し、一致すれば、補正許可状態レジスタ４１は、再びリセットされるまで、許可状態を維持する。
【００３４】
これによって、補正信号９の位相を、位置信号２５に同期させることができる。補正許可信号４５は、補正信号生成部５０に供給される。
【００３５】
補正信号生成部５０は、補正信号位相生成部６０と補正値選択部７０とを有する。補正信号位相生成部６０で生成された位相信号６４が、補正値選択部７０に供給される。
【００３６】
補正信号位相生成部６０は、位相カウンタ６１と、補正信号周期設定レジスタ６２と、コンパレータ６３とを有する。
【００３７】
位相カウンタ６１は、位置パルス信号２３が入力される度に、カウントアップする。位相信号６４は、補正値選択部７０に供給され、また、コンパレータ６３によって補正信号周期設定レジスタ６２の値と比較され、一致すると、位相カウンタ６１をゼロに戻す。これによって、補正信号を、繰り返し信号として生成することができる。また、補正が許可されると、位相ゼロから開始できるように、補正許可信号４５が禁止状態であれば、位相カウンタ６１を、常にゼロに設定する。
【００３８】
補正信号周期設定レジスタ６２は、補正信号のパルス振幅を設定する補正信号振幅設定手段の例である。また、補正信号周期設定レジスタ６２は、周期的な補正信号を１周期分発生させるためのモータの回転角度を設定する回転角度設定手段の例である。
【００３９】
上記実施例は、モータの回転角度に合わせて、補正信号を発生させる印刷制御装置でありが、インクジェットプリンタのように、モータによって直線的に移動される記録ヘッド（移動体）の位置を、リニアエンコーダで検出する。よって、補正信号位相生成部６０は、移動体位置検出部２０が出力する位置パルス信号２３と方向信号２４とに基づいて、位相信号６４を出力する。
【００４０】
しかし、上記実施例は、これに限定される必要はなく、モータの回転角度と回転方向とを検出する検出部を設け、回転角度信号と回転方向信号とを、補正信号位相生成部６０へ出力するようにしてもよい。この場合、移動体位置検出部２０が出力する位置パルス信号２３と方向信号２４との代わりに、回転角度信号と回転方向信号とを補正信号位相生成部６０へ出力し、補正信号位相生成部６０は、これらの信号に基づいて、位相信号６４を出力するようにすればよい。
【００４１】
つまり、上記モータの回転角度と回転方向とを検出する検出部は、モータの回転角度を検出する回転角度検出手段の例である。
【００４２】
補正値選択部７０は、補正区間設定レジスタ７１ａ〜７１ｄと、それぞれに対応するコンパレータ７２ａ〜７２ｄと、補正状態レジスタ７３ａ、７３ｂとを有する。
【００４３】
補正区間設定レジスタ７１ａ〜７１ｄの値と位相信号６４とが、それぞれコンパレータ７２ａ〜７２ｄで比較され、位相信号６４が、補正区間設定レジスタ７１ａ、７１ｃの値と一致すると、補正状態レジスタ７３ａ、７３ｂが、それぞれセットされる。位相信号６４が、補正区間設定レジスタ７１ｂ、７１ｄの値と一致すると、補正状態レジスタ７３ａ、７３ｂがそれぞれリセットされる。
【００４４】
補正状態レジスタ７３ａ、７３ｂの信号は、セレクタ７４に入力され、補正状態レジスタ７３ａがセットされていれば、補正値設定レジスタ７５ａの値を出力し、補正状態レジスタ７３ｂがセットされていれば、補正値設定レジスタ７５ｂの値を出力する。それ以外の場合は、ゼロを出力する。すなわち、補正状態レジスタ７３ａ、７３ｂは、位相信号６４が補正値出力区間内にあることを示す状態信号を生成する。
【００４５】
つまり、補正区間設定レジスタ７１ａ〜７１ｄは、補正信号の１周期内における補正信号のパルスの開始位相とパルスの終了位相とを設定する補正区間設定手段の例である。また、補正状態レジスタ７３ａ、７３ｂは、補正信号のパルス振幅を設定する補正信号振幅設定手段の例である。
【００４６】
このようにして、補正区間に対応して設定されている振幅の補正値が、選択的に生成される。また、補正が許可されるまでの間、出力をゼロに維持するように、補正許可信号４５が禁止状態であれば、セレクタ７４は、常にゼロを出力する。
【００４７】
つまり、補正値選択部７０は、補正信号の生成を開始すべき直線位置を設定する補正開始位置設定手段を有する。また、上記補正信号生成手段は、当初補正信号としてゼロを出力する。そして、上記移動体の上記検出された直線位置が、上記設定された補正開始位置に到達すると、上記補正信号生成手段は、補正信号の生成を開始して有効な補正信号を出力する。上記補正信号位相生成手段は、生成する補正信号位相を原点に設定する。
【００４８】
次に、生成される補正信号の波形について説明する。
【００４９】
図２は、印刷制御装置１００の動作を説明する図である。
【００５０】
図２（ａ）は、図１に示す位置信号２５と位相信号６４との関係を具体的に示す図であり、横軸は、位置信号２５の値を示し、縦軸は、位相信号６４の値を示す。図２（ｂ）は、図１に示す位置信号２５と補正信号９との関係を具体的に示す図であり、横軸は、位置信号２５の値を示し、縦軸は、補正信号９の値を示す。
【００５１】
図２（ａ）と図２（ｂ）とにおいて、互いの横軸の縮尺が同じであり、互いの原点が一致している。
【００５２】
まず、モータ駆動を開始する前に、補正開始位置設定レジスタ４３と、補正信号周期設定レジスタ６２と、補正区間設定レジスタ７１ａ〜７１ｄと、補正値設定レジスタ７５ａ、７５ｂとに、適切な値を設定する。この適切な値は、モータの速度変動を予め測定した上で決定した補正信号波形に基づく適切な値である。
【００５３】
以下の説明において、設定値は次のように設定されている。補正開始位置設定レジスタ４３＝ＳＴＡ、補正信号周期設定レジスタ６２＝ＣＹＣ、補正区間設定レジスタ７１ａ＝Ｐ１１、補正区間設定レジスタ７１ｂ＝Ｐ１２である。また、補正区間設定レジスタ７１ｃ＝Ｐ２１、補正区間設定レジスタ７１ｄ＝Ｐ２２、補正値設定レジスタ７５ａ＝ＯＵＴ１、補正値設定レジスタ７５ｂ＝ＯＵＴ２である。
【００５４】
また、これらのレジスタを設定する間、リセットレジスタ４２をリセット状態とし、動作開始前に、リセット解除状態にする。動作を開始し、不図示の移動体が、位置ＳＴＡまで到達し、位置信号２５が、補正開始位置設定レジスタ４３と一致すると、補正許可信号４５が許可状態になる。
【００５５】
以後、位置カウンタ２２と位相カウンタ６１との更新を開始し、位相信号６４の値が、補正区間設定レジスタ７１ａの値Ｐ１１と、７１ｂの値Ｐ１２との間であれば、補正状態レジスタ７３ａがセットされる。したがって、補正値設定レジスタ７５ａの値ＯＵＴ１が、補正信号生成部５０から出力される。位相信号６４の値が、補正区間設定レジスタ７１ｃの値Ｐ２１と、補正区間設定レジスタ７１ｄの値Ｐ２２との間であれば、補正状態レジスタ７３ｂがセットされるので、補正値設定レジスタ７５ｂの値ＯＵＴ２が、補正信号生成部５０から出力される。以後、補正信号周期設定レジスタ６２で設定される周期ＣＹＣで上記動作を繰り返す。この結果設定された補正区間において、それぞれ対応して設定された補正値が、補正信号生成部５０から出力される。
【００５６】
上記のように、一般に、補正信号は、値が正の区間とほぼゼロの区間と負の区間とを持つ繰り返し波形を有するので、これを擬似正弦波で近似する。擬似正弦波による近似については、図３で説明する。実施例１では、補正区間と補正値とを、擬似正弦波の正極性側と負極性側とに対応して、二組設定する。
【００５７】
実施例１では、補正値をＯＵＴ１、ＯＵＴ２、０のいずれかに選択するために、セレクタ７４を用いているが、ＯＵＴ１、０を選択するセレクタと、ＯＵＴ２、０を選択するセレクタとを設け、それらの出力を加算するようにしてもよい。このようにすれば、補正信号を重ね合わせることができるので、補正区間と補正値との組を増やすことによって、階段状の補正信号を定義することができる。これによって、補正波形の精度を一層高めることができる。
【００５８】
また、モータのトルク変動成分は高調波成分を含んでいるので、異なる複数の周期の変動を同時に補正することが実用上重要である。このために、補正信号生成部５０を複数用意し、それぞれの補正信号を加算する。実施例１では、補正信号生成部５０を、２個持っているので、２種類の周期まで補正可能である。上記実施例による補正信号生成部の回路規模は小さいので、更に増やすことも容易である。
【００５９】
発明者らの実験によれば、補正信号として多値でサンプリングされた波形ではなく、パルス波によるインパルス的なエネルギー投入であっても、一定の補正効果が得られることが判っている。
【００６０】
図３は、２極３相ブラシレスモータのコギングトルクの波形を説明する図である。
【００６１】
図３（ａ）〜図３（ｅ）において、横軸は、モータ回転角度を示し、縦軸は、正規化されたトルク変動成分を示す。実線は、連続波形であり、破線は、正弦波をゼロ、正、負の３値で表現したいわゆる擬似正弦波とよばれる波形である。
【００６２】
図３（ａ）は、観測されたコギングトルクを、そのまま図示している。モータの構造に対応して、６０°毎に、正負のトルク変動が現れている。このように、帯域制限された擬似正弦波とみなせる波形となるので、ほとんど奇数次の高調波成分で構成されている点が特徴的である。図３（ｂ）〜図３（ｅ）は、図３（ａ）を、周波数別に分離した波形であり、それぞれ基本波、第３次高調波、第５次高調波、第７次高調波である。すなわち、図３（ｂ）〜図３（ｅ）の実線で示した正弦波を重ね合わせると、図３（ａ）に示す波形（実線）になるが、これと同様に、図３（ｂ）〜図３（ｅ）の破線で示した擬似正弦波を重ね合わせると、図３（ａ）の破線で示す波形になる。
【００６３】
この図３（ａ）に実線で示す観測されたコギングトルクを打ち消すために、図３（ａ）に破線で示す擬似正弦波を重ね合わせた波形を打ち消す補正信号を生成する。図３（ａ）に示す擬似正弦波は、図３（ｂ）〜（ｅ）に示す擬似正弦波の合成波であるので、図３（ｂ）〜（ｅ）に示す擬似正弦波をそれぞれ打ち消す波形を、図１に示す補正信号生成部５０が生成する。具体的には、図３（ｂ）に示す擬似正弦波を打ち消す補正信号を、複数設けられている図１の補正信号生成部５０の一方で生成し、図３（ｃ）に示す擬似正弦波を打ち消す補正信号を、他方の補正信号生成部５０で生成する。さらに、図３（ｄ）と（ｅ）とに示す擬似正弦波を、不図示であるその他の補正信号生成部５０を２つ使用して生成する。要するに、図３（ｂ）〜（ｅ）に破線で示す擬似正弦波の波形を元にして、それらを打ち消す補正信号を、４つの補正信号生成部５０を用いて生成し、それらを合成して補正信号９を生成する。さらに、周期と大きさと幅とが異なる複数の擬似正弦波を重ね合わせば、補正精度を、必要なだけ高めることができる。
【００６４】
なお、補正信号位相生成部６０は、上記検出されたモータの回転角度に比例して、補正信号の１周期内での位相を生成し、かつ上記設定されている補正信号の周期毎に、位相を原点に戻す補正信号位相生成手段の例である。
【００６５】
補正信号生成部５０は、上記生成された補正信号の１周期内での位相が、上記設定された補正区間内であれば、上記補正区間に対応して上記設定されている振幅のパルス波形である補正信号を生成する補正信号生成手段の例である。
【００６６】
加算部３１ａは、上記生成された補正信号によって、モータ駆動指令信号を補正する補正手段の例である。なお、モータ駆動指令値３３は、モータ駆動指令信号の例である。
【００６７】
なお、補正信号振幅設定手段と補正区間設定手段と補正信号位相生成手段と補正信号生成手段とを、複数組、設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１００…印刷制御装置、
２０…移動体位置検出部、
３０…モータ制御部、
５０…補正信号生成部、
６０…補正信号位相生成部。
【図１】
2010284942.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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